儀表高級(jí)理論習(xí)題含答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.壓阻式壓力傳感器的核心工作原理是（）A.應(yīng)變效應(yīng)B.壓阻效應(yīng)C.壓電效應(yīng)D.熱電效應(yīng)2.工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用的420mA電流信號(hào)傳輸中，若導(dǎo)線電阻為50Ω，電源電壓為24V，則理論最大負(fù)載電阻為（）A.500ΩB.600ΩC.700ΩD.800Ω3.以下哪種儀表不屬于接觸式測(cè)溫儀表（）A.熱電偶B.熱電阻C.輻射溫度計(jì)D.雙金屬溫度計(jì)4.智能儀表中，采用數(shù)字濾波算法抑制50Hz工頻干擾時(shí)，最有效的方法是（）A.限幅濾波B.中值濾波C.算術(shù)平均濾波D.積分時(shí)間為20ms的積分濾波5.儀表的基本誤差是指（）A.環(huán)境溫度變化引起的誤差B.儀表在規(guī)定條件下的最大誤差C.長(zhǎng)期使用后零點(diǎn)漂移引起的誤差D.電源波動(dòng)引起的誤差6.電磁流量計(jì)的測(cè)量原理基于（）A.法拉第電磁感應(yīng)定律B.歐姆定律C.科里奧利力原理D.多普勒效應(yīng)7.某壓力儀表的量程為010MPa，精度等級(jí)為0.5級(jí)，則其最大絕對(duì)誤差為（）A.±0.05MPaB.±0.1MPaC.±0.5MPaD.±1.0MPa8.熱電偶冷端補(bǔ)償?shù)哪康氖牵ǎ〢.消除熱端溫度波動(dòng)的影響B(tài).使冷端溫度恒定為0℃C.修正冷端溫度不為0℃時(shí)的熱電勢(shì)誤差D.提高熱電偶的靈敏度9.數(shù)字式儀表的分辨率通常定義為（）A.最小顯示單位B.滿量程與顯示位數(shù)的比值C.能檢測(cè)到的最小輸入變化量D.測(cè)量誤差的絕對(duì)值10.工業(yè)過(guò)程控制中，若需要同時(shí)測(cè)量溫度、壓力和流量三個(gè)參數(shù)，且要求高精度、低延遲，最合適的儀表通信協(xié)議是（）A.HARTB.MODBUSRTUC.PROFIBUSPAD.CAN總線二、填空題（每空1分，共20分）1.熱電阻常用的材料有______和______，其中______的溫度系數(shù)更穩(wěn)定，常用于高精度測(cè)量。2.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置包括______、______和______，其測(cè)量原理基于______。3.儀表的動(dòng)態(tài)特性通常用______和______來(lái)描述，分別反映階躍輸入和正弦輸入下的響應(yīng)能力。4.智能儀表的核心部件是______，其軟件通常包含______、______和______三個(gè)模塊。5.壓力儀表的檢定周期一般為_(kāi)_____，檢定項(xiàng)目包括______、______和______。6.熱電偶的熱電勢(shì)由______和______兩部分組成，其中______是主要部分。7.數(shù)字式儀表的A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)越高，其______和______越好，但成本也越高。三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述差壓式流量計(jì)的工作原理及影響其測(cè)量精度的主要因素。2.比較熱電偶與熱電阻在測(cè)溫原理、測(cè)溫范圍及信號(hào)處理上的差異。3.說(shuō)明智能儀表自診斷功能的實(shí)現(xiàn)方法及實(shí)際應(yīng)用中的意義。4.分析儀表系統(tǒng)誤差的主要來(lái)源，并列舉三種常用的誤差消除方法。5.簡(jiǎn)述工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)儀表抗干擾的主要措施，至少列舉五種。四、綜合題（共20分）某化工廠反應(yīng)釜需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度（范圍50℃~300℃，精度±0.5℃）、壓力（范圍0~1.6MPa，精度0.2級(jí)）及流量（范圍0~50m3/h，介質(zhì)為腐蝕性液體）。請(qǐng)完成以下設(shè)計(jì)：（1）分別選擇合適的溫度、壓力、流量檢測(cè)儀表，并說(shuō)明選型依據(jù)；（2）設(shè)計(jì)信號(hào)傳輸方案（包括信號(hào)類(lèi)型、傳輸距離、抗干擾措施）；（3）提出儀表校準(zhǔn)與維護(hù)的具體要求。答案一、選擇題1.B2.A（計(jì)算：24V20mA×R負(fù)載≤0→R負(fù)載≤(24V)/(20mA)導(dǎo)線電阻=1200Ω50Ω=1150Ω？實(shí)際應(yīng)為24V=20mA×(R負(fù)載+R導(dǎo)線)，則R負(fù)載=(24V/0.02A)50Ω=1200Ω50Ω=1150Ω，可能題目數(shù)據(jù)調(diào)整，正確應(yīng)為24V20mA×R負(fù)載≥最小工作電壓（如10V），則R負(fù)載≤(24V10V)/0.02A=700Ω，選C？需核實(shí)。原題可能設(shè)定電源電壓24V，儀表工作電壓≥12V，則20mA×(R負(fù)載+R導(dǎo)線)≤24V12V=12V→R負(fù)載≤(12V/0.02A)50Ω=600Ω50Ω=550Ω，接近選項(xiàng)A?？赡茴}目簡(jiǎn)化，正確選A。）注：實(shí)際計(jì)算需考慮儀表工作電壓，此處按常見(jiàn)24V供電、儀表最低工作電壓10V計(jì)算：20mA×(R負(fù)載+50Ω)≤24V10V=14V→R負(fù)載≤(14V/0.02A)50Ω=700Ω50Ω=650Ω，無(wú)此選項(xiàng)，可能題目設(shè)定最大負(fù)載為(24V/20mA)導(dǎo)線電阻=1200Ω50Ω=1150Ω，但選項(xiàng)無(wú)，可能題目有誤，暫按選項(xiàng)A。2.正確應(yīng)為：24V電源，儀表工作電壓需≥10V，則20mA×R總≤24V10V=14V→R總=14V/0.02A=700Ω，導(dǎo)線電阻50Ω，故負(fù)載電阻=700Ω50Ω=650Ω，無(wú)此選項(xiàng)，可能題目簡(jiǎn)化為24V/20mA=1200Ω，減去導(dǎo)線50Ω得1150Ω，仍無(wú)選項(xiàng)，可能題目數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，暫選A。（注：實(shí)際考試中應(yīng)按題設(shè)選項(xiàng)，可能正確答案為A）3.C4.D5.B6.A7.A（0.5級(jí)=0.5%×10MPa=0.05MPa）8.C9.C10.C（PROFIBUSPA適用于過(guò)程控制，支持本質(zhì)安全，多參數(shù)高速傳輸）二、填空題1.鉑（Pt）、銅（Cu）、鉑2.孔板、噴嘴、文丘里管、伯努利方程3.階躍響應(yīng)曲線、頻率響應(yīng)特性4.微處理器（MCU）、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、通信模塊5.1年、基本誤差檢定、回差檢定、靜壓影響檢定6.接觸電勢(shì)（珀?duì)柼妱?shì)）、溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）、接觸電勢(shì)7.分辨率、測(cè)量精度三、簡(jiǎn)答題1.差壓式流量計(jì)工作原理：流體流經(jīng)節(jié)流裝置（如孔板）時(shí)，流速增加，靜壓力降低，在節(jié)流件前后產(chǎn)生差壓，差壓與流量的平方成正比，通過(guò)測(cè)量差壓計(jì)算流量。影響精度因素：節(jié)流裝置加工精度、流體雷諾數(shù)（是否滿足設(shè)計(jì)范圍）、前后直管段長(zhǎng)度（流動(dòng)穩(wěn)定性）、流體密度（溫度壓力變化導(dǎo)致）、差壓變送器精度及安裝方式（如導(dǎo)壓管傾斜度、隔離液選擇）。2.差異：測(cè)溫原理：熱電偶基于塞貝克效應(yīng)（兩種不同導(dǎo)體溫差產(chǎn)生熱電勢(shì)）；熱電阻基于金屬電阻隨溫度變化的特性（R=f(T)）。測(cè)溫范圍：熱電偶可測(cè)高溫（200℃~1800℃），熱電阻適用于中低溫（200℃~850℃）。信號(hào)處理：熱電偶輸出毫伏級(jí)電勢(shì)信號(hào)，需冷端補(bǔ)償；熱電阻輸出電阻信號(hào)，需恒流源激勵(lì)并采用三線制/四線制消除導(dǎo)線電阻影響。3.自診斷功能實(shí)現(xiàn)方法：硬件診斷：檢測(cè)電源電壓、傳感器斷線/短路（如熱電阻開(kāi)路時(shí)電阻無(wú)窮大）、A/D轉(zhuǎn)換異常（輸入固定參考電壓校驗(yàn)）；軟件診斷：數(shù)據(jù)合理性判斷（如溫度超過(guò)量程報(bào)警）、冗余校驗(yàn)（CRC校驗(yàn)通信數(shù)據(jù)）、程序運(yùn)行監(jiān)控（看門(mén)狗定時(shí)器防程序跑飛）；狀態(tài)記錄：存儲(chǔ)歷史故障信息供分析。意義：提前發(fā)現(xiàn)儀表故障（如傳感器老化、線路接觸不良），避免誤測(cè)導(dǎo)致的生產(chǎn)事故；減少人工巡檢成本，提高系統(tǒng)可靠性。4.系統(tǒng)誤差來(lái)源：儀表本身：制造缺陷（如電阻應(yīng)變片非線性）、校準(zhǔn)誤差；環(huán)境因素：溫度漂移（電子元件溫漂）、電磁場(chǎng)干擾；安裝使用：節(jié)流裝置前后直管段不足、熱電偶冷端溫度波動(dòng)。消除方法：校準(zhǔn)：定期用標(biāo)準(zhǔn)表比對(duì)，修正儀表系數(shù)；補(bǔ)償：如熱電偶冷端補(bǔ)償電路、熱電阻溫度系數(shù)修正；對(duì)稱(chēng)測(cè)量：如采用三線制熱電阻消除導(dǎo)線電阻影響；軟件修正：通過(guò)線性化算法補(bǔ)償傳感器非線性（如鉑電阻的CallendarVanDusen方程）。5.抗干擾措施：屏蔽：信號(hào)電纜采用金屬屏蔽層并單端接地；隔離：使用信號(hào)隔離器（如磁隔離、光耦隔離）阻斷地環(huán)路干擾；濾波：在信號(hào)輸入端加RC低通濾波器抑制高頻干擾；接地：儀表系統(tǒng)單點(diǎn)接地，避免多接地點(diǎn)電位差；雙絞線傳輸：利用雙絞線的電磁感應(yīng)抵消原理降低共模干擾；電源凈化：使用開(kāi)關(guān)電源或穩(wěn)壓電源，加EMI濾波器抑制電源噪聲；軟件濾波：如中值濾波、滑動(dòng)平均濾波消除隨機(jī)干擾。四、綜合題（1）儀表選型：溫度：選擇鉑熱電阻（Pt100），原因：測(cè)溫范圍200℃~850℃覆蓋50℃~300℃，精度高（A級(jí)Pt100精度±(0.15+0.002|T|)℃，滿足±0.5℃要求），穩(wěn)定性好；若需防爆，選隔爆型。壓力：選擇擴(kuò)散硅壓力變送器（量程0~2MPa，覆蓋0~1.6MPa，0.2級(jí)精度滿足要求），原因：輸出420mA信號(hào)，適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，耐腐蝕可選316L不銹鋼膜片。流量：選擇電磁流量計(jì)（量程0~60m3/h，覆蓋50m3/h），原因：測(cè)量腐蝕性液體（襯里可選聚四氟乙烯），無(wú)活動(dòng)部件，精度0.5級(jí)（滿足一般工業(yè)需求），若需更高精度可選0.2級(jí)。（2）信號(hào)傳輸方案：信號(hào)類(lèi)型：溫度（熱電阻信號(hào)通過(guò)變送器轉(zhuǎn)換為420mA）、壓力（420mA）、流量（420mA），統(tǒng)一為電流信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)；傳輸距離：420mA信號(hào)傳輸距離由導(dǎo)線電阻和電源電壓決定，假設(shè)電源24V，儀表工作電壓≥10V，最大負(fù)載電阻=(24V10V)/0.02A=700Ω，若導(dǎo)線電阻0.5Ω/m，2×L×0.5Ω/m≤700Ω→L≤700m（實(shí)際工程中建議≤500m）；抗干擾措施：使用屏蔽雙絞線（每對(duì)單獨(dú)屏蔽），信號(hào)電纜與動(dòng)力電纜分槽敷設(shè)，變送器端單端接地，加信號(hào)隔離器阻斷地環(huán)路，在DCS輸入端加RC濾波（如100Ω電阻+10μF電容）抑制高頻干擾。（3）校準(zhǔn)與維護(hù)要求：校準(zhǔn)周期：溫度變送器每6個(gè)月校準(zhǔn)（使用恒溫槽+標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻），壓力變送器每1年校